JP5864320B2 - バランス補正装置および蓄電システム - Google Patents

Description

本発明は、バランス補正装置および蓄電システムに関する。

直列接続された多数の蓄電セルを使用するときに、蓄電セル間の電圧にバラつきが生じると、蓄電セルの容量を有効に使えず利用可能な電気量が減る場合がある。そこで、インダクタ、スイッチング素子およびスイッチング素子の駆動回路を備え、蓄電セル間の電圧を均等化させるバランス補正回路が提案されている（特許文献１〜３を参照。）。
（先行技術文献）
（特許文献）
（特許文献１）特開２００６−０６７７４８号公報
（特許文献２）特開２００８−０１７６０５号公報
（特許文献３）特開２００９−２３２６６０号公報

上記のバランス補正回路においては、駆動回路の制御に異常が生じた場合であっても、蓄電セルに過電圧が印加されることを防止することが望まれる。

本発明の第１の態様においては、直列に接続された第１の蓄電セルおよび第２の蓄電セルの電圧を均等化させるバランス補正装置であって、第１の蓄電セルの一端と第２の蓄電セルの一端との接続点に、一端が電気的に接続されるインダクタと、インダクタの他端と第１の蓄電セルの他端との間に電気的に接続される第１のスイッチング素子と、インダクタの他端と第２の蓄電セルの他端との間に電気的に接続される第２のスイッチング素子と、第１のスイッチング素子および第２のスイッチング素子のオン・オフ動作を制御する制御信号を、第１のスイッチング素子および第２のスイッチング素子に供給する制御部と、を備え、制御部は、第１の蓄電セルの電圧および第２の蓄電セルの電圧が予め定められた値よりも小さい場合に、第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子とが交互にオン・オフ動作を繰り返すように制御信号を供給し、第１の蓄電セルの電圧および第２の蓄電セルの電圧の少なくとも一方が、予め定められた値に等しいまたは予め定められた値より大きい場合に、バランス補正装置が停止するように制御信号を供給するバランス補正装置が提供される。

上記のバランス補正装置において、第１の蓄電セルの電圧および第２の蓄電セルの電圧の少なくとも一方が、予め定められた値に等しいまたは予め定められた値より大きいことを検出する過電圧検出部をさらに備えてよい。制御部は、第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子とが交互にオン・オフ動作を繰り返すように、制御信号を発生させる制御信号発生部と、過電圧検出部が、第１の蓄電セルの電圧および第２の蓄電セルの電圧の少なくとも一方が予め定められた値に等しいまたは予め定められた値より大きいことを検出した場合に、バランス補正装置が停止するように、制御信号を発生させる停止信号発生部とを有してよい。

上記のバランス補正装置において、第１のスイッチング素子、過電圧検出部および制御信号発生部は、同一の基板上に形成されてよい。第１のスイッチング素子と制御信号発生部との距離は、第１のスイッチング素子と過電圧検出部との距離よりも短くてよい。上記のバランス補正装置において、制御部は、第１の蓄電セルの電圧および第２の蓄電セルの電圧の少なくとも一方が、予め定められた値に等しいまたは予め定められた値より大きい場合に、第１のスイッチング素子および第２のスイッチング素子の両方がオフ動作するように制御信号を供給してよい。

上記のバランス補正装置において、インダクタに直列に接続され、インダクタに流れる電流の大きさが予め定められた値を超えると、インダクタに流れる電流を制限する電流制限素子をさらに備えてよい。制御部は、第１の蓄電セルの電圧および第２の蓄電セルの電圧の少なくとも一方が、予め定められた値に等しいまたは予め定められた値よりも大きい場合に、第１のスイッチング素子および第２のスイッチング素子の一方がオン動作するように制御信号を供給してよい。

本発明の第２の態様においては、直列に接続された第１の蓄電セルおよび第２の蓄電セルと、上記のバランス補正装置とを備える蓄電システムが提供される。

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

蓄電システム１１０を備える装置１００の一例を概略的に示す。 蓄電システム２１０の一例を概略的に示す。 蓄電システム２１０の動作の一例を概略的に示す。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。また、図面を参照して、実施形態について説明するが、図面の記載において、同一または類似の部分には同一の参照番号を付して重複する説明を省く場合がある。

図１は、蓄電システム１１０を備える装置１００の一例を概略的に示す。図１を用いて、装置１００および蓄電システム１１０の構成および動作について説明する。本実施形態において、装置１００は、モータ１０２と、蓄電システム１１０とを備える。装置１００は、電気自動車、ハイブリッド自動車、電気二輪車、鉄道車両、昇降機などの輸送装置であってよい。装置１００は、ＰＣ、携帯電話などの電気機器であってよい。モータ１０２は、蓄電システム１１０に電気的に接続され、蓄電システム１１０の供給する電力を利用する。モータ１０２は、回生ブレーキとして使用されてもよい。モータ１０２は、電力負荷の一例であってよい。

蓄電システム１１０は、モータ１０２に電気的に接続され、モータ１０２に電力を供給する（蓄電システムの放電という場合がある。）。蓄電システム１１０は、図示されない充電装置に電気的に接続され、電気エネルギーを蓄える（蓄電システムの充電という場合がある。）。

本実施形態において、蓄電システム１１０は、端子１１２と、端子１１４と、保護回路１１６と、蓄電モジュール１２０とを備える。蓄電モジュール１２０は、蓄電セル１２２、蓄電セル１２４、蓄電セル１２６および蓄電セル１２８を含む直列に接続された複数の蓄電セルと、バランス補正回路１３２、バランス補正回路１３４およびバランス補正回路１３６を含む複数のバランス補正回路とを有してよい。バランス補正回路１３２、バランス補正回路１３４およびバランス補正回路１３６は、バランス補正装置の一例であってよい。

ここで、「電気的に接続される」とは、ある要素と他の要素とが直接接続される場合に限定されない。ある要素と他の要素との間に、第三の要素が介在してもよい。また、ある要素と他の要素とが物理的に接続されている場合に限定されない。例えば、変圧器の入力巻線と出力巻線とは物理的には接続されていないが、電気的には接続されている。さらに、ある要素と他の要素とが現実に電気的に接続されている場合だけでなく、蓄電セルとバランス補正回路とが電気的に接続されたときに、ある要素と他の要素とが電気的に接続される場合をも含む。また、「直列に接続される」とは、ある要素と他の要素とが直列に電気的に接続されることを示す。

端子１１２および端子１１４は、モータ１０２、充電装置などのシステム外部の装置と、蓄電システム１１０とを電気的に接続する。保護回路１１６は、過電流、過電圧および過放電の少なくとも一つから、蓄電モジュール１２０を保護する。保護回路１１６としては、例えば、特開２００９−１８３１４１号に開示されているような、公知の過電流・過電圧保護回路を利用することができる。

蓄電セル１２２、蓄電セル１２４、蓄電セル１２６および蓄電セル１２８は、直列に接続される。蓄電セル１２２、蓄電セル１２４、蓄電セル１２６および蓄電セル１２８は、二次電池またはキャパシタであってよい。蓄電セル１２２、蓄電セル１２４、蓄電セル１２６および蓄電セル１２８は、リチウムイオン電池であってよい。蓄電セル１２２、蓄電セル１２４、蓄電セル１２６および蓄電セル１２８のそれぞれが、さらに複数の蓄電セルを含んでもよい。

バランス補正回路１３２は、蓄電セル１２２および蓄電セル１２４の電圧を均等化させる。バランス補正回路１３２は、蓄電セル１２２の端子１１２側の一端（正極側という場合がある。）に電気的に接続される。バランス補正回路１３２は、蓄電セル１２２の端子１１４側の一端（負極側という場合がある。）と蓄電セル１２４の正極側との接続点１４３に電気的に接続される。バランス補正回路１３２は、蓄電セル１２４の負極側と蓄電セル１２６の正極側との接続点１４５に電気的に接続される。

図示していないが、バランス補正回路１３２は、接続点１４３と電気的に接続するインダクタを有してよい。バランス補正回路１３２と、蓄電セル１２２および蓄電セル１２４とを、上記のように電気的に接続することで、蓄電セル１２２および上記のインダクタを含む第１の回路と、蓄電セル１２４および上記のインダクタを含む第２の回路が形成される。バランス補正回路１３２は、第１の回路と、第２の回路とに交互に電流を流す。これにより、蓄電セル１２２と蓄電セル１２４との間でインダクタを介して電気エネルギーを授受することができる。その結果、蓄電セル１２２および蓄電セル１２４の電圧を均等化させることができる。

バランス補正回路１３４は、蓄電セル１２４および蓄電セル１２６の電圧を均等化させる。バランス補正回路１３４は、接続点１４３と、接続点１４５と、蓄電セル１２６の負極側と蓄電セル１２８の正極側との接続点１４７とに、電気的に接続される。バランス補正回路１３６は、蓄電セル１２６および蓄電セル１２８の電圧を均等化させる。バランス補正回路１３６は、接続点１４５と、接続点１４７と、蓄電セル１２８の負極側とに、電気的に接続される。バランス補正回路１３４およびバランス補正回路１３６は、バランス補正回路１３２と同様の構成を有してよい。

以上の通り、本実施形態の蓄電モジュール１２０によれば、複数の蓄電セルの電圧にバラつきが生じた場合であっても、バランス補正回路の動作によって、複数の蓄電セルの電圧を均等化させることができる。その結果、蓄電システム１１０の利用効率を向上させることができる。

例えば、蓄電セル１２２と蓄電セル１２４との間で、製造品質、劣化の程度などが異なる場合、蓄電セル１２２および蓄電セル１２４の電池特性に差が生じる場合がある。電池特性としては、電池容量、または、放電時間に対する電池電圧の関係を示す放電電圧特性を例示することができる。例えば、蓄電セルの劣化が進行するにつれて、より短い放電時間で電池電圧が低下するようになる。

蓄電セル１２２および蓄電セル１２４の電池特性が異なる場合、蓄電システム１１０の充電完了時に蓄電セル１２２および蓄電セル１２４の電圧が略同一であったとしても、蓄電システム１１０の放電が進行するにつれて、蓄電セル１２２および蓄電セル１２４の電圧にばらつきが生じる。また、蓄電システム１１０の充電開始時に蓄電セル１２２および蓄電セル１２４の電圧が略同一であったとしても、蓄電システム１１０の充電が進行するにつれて、蓄電セル１２２および蓄電セル１２４の電圧にばらつきが生じる。

蓄電セル１２２および蓄電セル１２４は、利用可能な充電レベル（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ、ＳＯＣという場合がある。）の範囲が予め定められているので、蓄電セル１２２および蓄電セル１２４の電圧にばらつきが生じると、蓄電システム１１０の利用効率が悪化する。しかし、本実施形態の蓄電モジュール１２０によれば、蓄電セル１２２および蓄電セル１２４の電圧を均等化させることで、蓄電システム１１０の利用効率を向上させることができる。

図２は、蓄電システム２１０の一例を概略的に示す。図３は、蓄電システム２１０の動作の一例を概略的に示す。図２および図３を用いて、バランス補正回路の構成および動作について説明する。図２および図３においては、説明を簡単にする目的で、蓄電セルが２つの場合を例として蓄電システムについて説明する。しかし、蓄電システム２１０に関する説明に接した当業者であれば、蓄電システムが複数の蓄電セルと複数のバランス補正回路とを備える場合であっても、蓄電システム２１０の場合と同様にして、蓄電システムを構築して使用することができる。

本実施形態において、蓄電システム２１０は、端子２１２と、端子２１４と、保護回路２１６と、蓄電モジュール２２０とを備える。蓄電モジュール２２０は、直列に接続された蓄電セル２２２および蓄電セル２２４と、蓄電セル２２２および蓄電セル２２４の電圧を均等化させるバランス補正回路２３２とを備える。

バランス補正回路２３２は、インダクタ２５０と、スイッチング素子２５２と、スイッチング素子２５４と、ダイオード２６２と、ダイオード２６４と、制御回路２７０と、過電圧検出回路２８０と、ヒューズ２９０とを有してよい。制御回路２７０は、制御信号発生回路２７２と、停止信号発生回路２７４とを含んでよい。停止信号発生回路２７４は、ＡＮＤ回路２７５と、ＡＮＤ回路２７６とを有してよい。過電圧検出回路２８０は、基準電圧２８１と、オペアンプ２８２と、ダイオード２８３と、基準電圧２８４と、オペアンプ２８５と、ダイオード２８６と、ＮＯＴ回路２８７とを含んでよい。

蓄電セル２２２は、第１の蓄電セルの一例であってよい。蓄電セル２２４は、第２の蓄電セルの一例であってよい。バランス補正回路２３２は、バランス補正装置の一例であってよい。スイッチング素子２５２は、第１のスイッチング素子の一例であってよい。スイッチング素子２５４は、第２のスイッチング素子の一例であってよい。制御回路２７０は、制御部の一例であってよい。制御信号発生回路２７２は、制御信号発生部の一例であってよい。停止信号発生回路２７４は、停止信号発生部の一例であってよい。過電圧検出回路２８０は、過電圧検出部の一例であってよい。基準電圧２８１の値および基準電圧２８４の値は、予め定められた値の一例であってよい。ヒューズ２９０は、電流制限素子の一例であってよい。

端子２１２および端子２１４は、それぞれ、端子１１２および端子１１４と同様の構成を有してよい。保護回路２１６は、保護回路１１６と同様の構成を有してよい。蓄電セル２２２および蓄電セル２２４は、蓄電セル１２２、蓄電セル１２４、蓄電セル１２６または蓄電セル１２８と同様の構成を有してよい。蓄電システム２１０の説明において、蓄電システム１１０の各要素と同様の構成については説明を省略する場合がある。また、図１において、蓄電システム１１０が、蓄電システム２１０と同様の構成を有してもよい。バランス補正回路１３２、バランス補正回路１３４およびバランス補正回路１３６が、バランス補正回路２３２と同様の構成を有してもよい。

本実施形態において、バランス補正回路２３２は、蓄電セル２２２の正極側と、蓄電セル２２２の負極側および蓄電セル２２４の正極側の接続点２４３と、蓄電セル２２４の負極側とに電気的に接続される。これにより、蓄電セル２２２と、スイッチング素子２５２と、ヒューズ２９０と、インダクタ２５０とを含む第１の開閉回路が形成される。また、蓄電セル２２４と、インダクタ２５０と、ヒューズ２９０と、スイッチング素子２５４とを含む第２の開閉回路が形成される。接続点２４３は、第１の蓄電セルの一端と第２の蓄電セルの一端との接続点の一例であってよい。

インダクタ２５０は、一端が接続点２４３に電気的に接続される。インダクタ２５０の他端は、スイッチング素子２５２およびスイッチング素子２５４の接続点２４５に電気的に接続されてよい。スイッチング素子２５２およびスイッチング素子２５４が交互にオン動作およびオフ動作（オン・オフ動作という場合がある。）を繰り返すことで、インダクタ２５０にインダクタ電流Ｉ_Ｌが生じる。

スイッチング素子２５２は、インダクタ２５０の他端と蓄電セル２２２の正極側との間に電気的に接続される。スイッチング素子２５２は、制御回路２７０から制御信号φ２２を受信して、制御信号φ２２に基づきオン動作またはオフ動作を行う。これにより、第１の開閉回路を開閉する。スイッチング素子２５２は、ＭＯＳＦＥＴであってよい。

スイッチング素子２５４は、インダクタ２５０の他端と蓄電セル２２４の負極側との間に電気的に接続される。スイッチング素子２５４は、制御回路２７０から制御信号φ２４を受信して、制御信号φ２４に基づきオン動作またはオフ動作を行う。これにより、第２の開閉回路を開閉する。スイッチング素子２５４は、ＭＯＳＦＥＴであってよい。

ダイオード２６２は、スイッチング素子２５２と並列に配され、インダクタ２５０の他端から蓄電セル２２２の正極側への方向に電流を流す。ダイオード２６４は、スイッチング素子２５４と並列に配され、蓄電セル２２４の負極側からインダクタ２５０の他端への方向に電流を流す。ダイオード２６２およびダイオード２６４は、ＭＯＳＦＥＴのソース・ドレイン間に等価的に形成される寄生ダイオードであってよい。

ダイオード２６２およびダイオード２６４を設けることで、スイッチング素子２５２およびスイッチング素子２５４が共にオフ状態となった期間にインダクタ電流Ｉ_Ｌが残留した場合であっても、当該インダクタ電流Ｉ_Ｌがダイオード２６２またはダイオード２６４を通して流れ続けることができる。これにより、インダクタ２５０に一旦生じたインダクタ電流Ｉ_Ｌを無駄なく利用することができる。また、インダクタ電流Ｉ_Ｌを遮断した場合に生じるサージ電圧の発生を抑制することができる。

制御回路２７０は、スイッチング素子２５２のオン・オフ動作を制御する制御信号φ２２をスイッチング素子２５２に供給する。制御回路２７０は、スイッチング素子２５４のオン・オフ動作を制御する制御信号φ２４をスイッチング素子２５４に供給する。

本実施形態において、制御信号発生回路２７２は、スイッチング素子２５２のオン・オフ動作の制御に用いられる制御信号φ３２と、スイッチング素子２５４のオン・オフ動作の制御に用いられる制御信号φ３４とを発生させる。制御信号発生回路２７２は、スイッチング素子２５２およびスイッチング素子２５４に供給されたとすれば、スイッチング素子２５２とスイッチング素子２５４とが交互にオン・オフ動作を繰り返すように、制御信号φ３２および制御信号φ３４を発生させてよい。制御信号発生回路２７２は、制御信号φ３２および制御信号φ３４を停止信号発生回路２７４に供給する。

制御信号発生回路２７２は、予め定められた周期のパルス列を発生するパルス発生器であってよい。制御信号発生回路２７２は、制御信号φ３２および制御信号φ３４の少なくとも一方のデューティ比を可変制御する可変パルス発生器であってもよい。デューティ比は、方形波の周期に対するＯＮ期間の割合として算出することができる。制御信号φ３２および制御信号φ３４は、それぞれ、デューティ比が５０％の方形波であってもよい。制御信号発生回路２７２は、スイッチング素子２５２およびスイッチング素子２５４と同一の基板に形成されてもよい。

本実施形態において、停止信号発生回路２７４は、制御信号発生回路２７２から制御信号φ３２および制御信号φ３４を受け取る。また、停止信号発生回路２７４は、過電圧検出回路２８０から制御信号φ３６を受け取る。制御信号φ３６は、蓄電セル２２２の電圧および蓄電セル２２４の電圧に関する情報を示す。制御信号φ３６は、蓄電セル２２２の電圧および蓄電セル２２４の電圧の少なくとも一方が、予め定められた値に等しいか否かまたは予め定められた値よりも大きいか否かを示す信号であってよい。

本実施形態において、停止信号発生回路２７４は、制御信号φ３２および制御信号φ３６に基づいて、制御信号φ２２を発生させる。また、停止信号発生回路２７４は、制御信号φ３４および制御信号φ３６に基づいて、制御信号φ２４を発生させる。停止信号発生回路２７４は、スイッチング素子２５２およびスイッチング素子２５４と同一の基板に形成されてよい。

停止信号発生回路２７４は、蓄電セル２２２の電圧および蓄電セル２２４の電圧が予め定められた値よりも小さい場合に、制御信号φ３２および制御信号φ３４を、制御信号φ２２および制御信号φ２４としてスイッチング素子２５２およびスイッチング素子２５４に供給してよい。これにより、制御回路２７０は、蓄電セル２２２の電圧および蓄電セル２２４の電圧が予め定められた値よりも小さい場合に、スイッチング素子２５２とスイッチング素子２５４とが交互にオン・オフ動作を繰り返すように、制御信号φ２２および制御信号φ２４を供給することができる。

停止信号発生回路２７４は、蓄電セル２２２の電圧および蓄電セル２２４の電圧の少なくとも一方が、予め定められた値に等しいまたは予め定められた値よりも大きい場合に、バランス補正回路２３２を停止させるような制御信号φ２２および制御信号φ２４を発生させて、スイッチング素子２５２およびスイッチング素子２５４に供給してよい。例えば、停止信号発生回路２７４は、蓄電セル２２２および蓄電セル２２４の電圧が正常値の範囲内にある場合には、制御信号φ３２および制御信号φ３４を制御信号φ２２および制御信号φ２４として供給し、過電圧検出回路２８０が、蓄電セル２２２の電圧および蓄電セル２２４の電圧の少なくとも一方が、予め定められた値に等しいまたは予め定められた値よりも大きいことを検出した場合には、バランス補正回路２３２を停止させるような制御信号φ２２および制御信号φ２４を発生させる。

これにより、制御回路２７０は、蓄電セル２２２の電圧および蓄電セル２２４の電圧の少なくとも一方が、予め定められた値に等しいまたは予め定められた値よりも大きい場合に、バランス補正回路２３２が停止するように、制御信号φ２２および制御信号φ２４を供給することができる。例えば、スイッチング素子２５２およびスイッチング素子２５４の両方がオフ動作するように制御信号φ２２および制御信号φ２４を供給することで、バランス補正回路２３２を停止させることができる。

過電圧検出回路２８０は、蓄電セル２２２の電圧および蓄電セル２２４の電圧の少なくとも一方が、予め定められた値に等しいまたは予め定められた値よりも大きいことを検出する。過電圧検出回路２８０は、蓄電セル２２２の電圧および蓄電セル２２４の電圧に基づいて制御信号φ３６を発生させて、停止信号発生回路２７４に供給してよい。過電圧検出回路２８０は、スイッチング素子２５２およびスイッチング素子２５４と同一の基板に形成されてよい。

本実施形態においては、制御回路２７０が、蓄電セル２２２の電圧および蓄電セル２２４の電圧の少なくとも一方が予め定められた値よりも大きい場合に、スイッチング素子２５２およびスイッチング素子２５４の両方がオフ動作するように制御信号φ２２および制御信号φ２４を供給する場合を例として、制御信号発生回路２７２、停止信号発生回路２７４および過電圧検出回路２８０の動作について説明する。

本実施形態において、スイッチング素子２５２は、制御信号φ２２がＨ論理の場合にオン動作し、制御信号φ２２がＬ論理の場合にオフ動作する。また、スイッチング素子２５４は、制御信号φ２４がＨ論理の場合にオン動作し、制御信号φ２４がＬ論理の場合にオフ動作する。本実施形態において、制御信号φ３６は、Ｈ論理の場合に、蓄電セル２２２の電圧および蓄電セル２２４の電圧が予め定められた値以下であることを示し、Ｌ論理の場合に、蓄電セル２２２の電圧および蓄電セル２２４の電圧の少なくとも一方が、予め定められた値よりも大きいことを示す。

なお、制御回路２７０は、任意の構成により制御信号φ２２および制御信号φ２４を供給することができることに留意すべきである。また、スイッチング素子２５２、スイッチング素子２５４、制御信号発生回路２７２、停止信号発生回路２７４および過電圧検出回路２８０の構成は、これらに限定されないことに留意すべきである。

本実施形態において、オペアンプ２８２の非反転入力端子には蓄電セル２２２の正極側の電圧が入力され、オペアンプ２８２の反転入力端子には基準電圧２８１が入力される。基準電圧２８１は、蓄電セル２２２の負極側に電気的に接続される。蓄電セル２２２の電圧が基準電圧２８１より大きい場合、オペアンプ２８２の出力は、ダイオード２８３を介してＮＯＴ回路２８７に入力される。これにより、過電圧検出回路２８０は、蓄電セル２２２の電圧が基準電圧２８１より大きい場合に、Ｌ論理の制御信号φ３６を出力する。

オペアンプ２８５の非反転入力端子には蓄電セル２２４の正極側の電圧が入力され、オペアンプ２８５の反転入力端子には基準電圧２８４が入力される。基準電圧２８４は、蓄電セル２２４の負極側に電気的に接続される。蓄電セル２２４の電圧が基準電圧２８４より大きい場合、オペアンプ２８５の出力は、ダイオード２８６を介してＮＯＴ回路２８７に入力される。これにより、過電圧検出回路２８０は、蓄電セル２２４の電圧が基準電圧２８１より大きい場合に、Ｌ論理の制御信号φ３６を出力する。

ＡＮＤ回路２７５には、制御信号φ３２および制御信号φ３６が入力される。両者がＨ論理である場合、停止信号発生回路２７４は、Ｈ論理の制御信号φ２２を出力する。これにより、スイッチング素子２５２をオン動作させる。一方、制御信号φ３２および制御信号φ３６の少なくとも一方がＬ論理である場合、停止信号発生回路２７４は、Ｌ論理の制御信号φ２２を出力する。これにより、スイッチング素子２５２をオフ動作させる。

ＡＮＤ回路２７６には、制御信号φ３４および制御信号φ３６が入力される。両者がＨ論理である場合、停止信号発生回路２７４は、Ｈ論理の制御信号φ２４を出力する。これにより、スイッチング素子２５４をオン動作させる。一方、制御信号φ３４および制御信号φ３６の少なくとも一方がＬ論理である場合、停止信号発生回路２７４は、Ｌ論理の制御信号φ２４を出力する。これにより、スイッチング素子２５４をオフ動作させる。

本実施形態によれば、蓄電セル２２２の電圧および蓄電セル２２４の電圧の少なくとも一方が予め定められた値よりも大きい場合に、バランス補正回路２３２を停止させることができる。これにより、万が一、制御信号発生回路２７２が故障した場合であっても、蓄電セル２２２および蓄電セル２２４に過電圧が印加されることを抑制することができる。バランス補正回路２３２が、蓄電モジュール２２０を保護する保護回路２１６よりも、蓄電セル２２２および蓄電セル２２４に近い位置で蓄電セル２２２および蓄電セル２２４に電気的に接続される場合には、特に効果を発揮する。

制御信号発生回路２７２および過電圧検出回路２８０は、スイッチング素子２５２およびスイッチング素子２５４の少なくとも一方と同一の基板上に形成されてもよい。この場合において、スイッチング素子２５２およびスイッチング素子２５４の少なくとも一方と制御信号発生回路２７２との間の距離は、スイッチング素子２５２およびスイッチング素子２５４の少なくとも一方と過電圧検出回路２８０との間の距離よりも短くてよい。

特に、スイッチング素子２５２およびスイッチング素子２５４の少なくとも一方と制御信号発生回路２７２との間の距離の最小値が、スイッチング素子２５２およびスイッチング素子２５４の少なくとも一方と過電圧検出回路２８０との間の距離の最小値よりも小さくてよい。制御信号発生回路２７２および過電圧検出回路２８０は、基板上で、スイッチング素子２５２およびスイッチング素子２５４の少なくとも一方を挟むように配されてもよい。

これにより、制御信号発生回路２７２および過電圧検出回路２８０が同時に故障することを抑制することができる。例えば、スイッチング素子２５２およびスイッチング素子２５４のスイッチング動作、静電気、雷サージの追加などにより、制御信号発生回路２７２および過電圧検出回路２８０が同時に故障することを抑制することができる。

ヒューズ２９０は、インダクタ２５０に直列に接続される。本実施形態において、ヒューズ２９０の一端は、インダクタ２５０の他端に電気的に接続される。ヒューズ２９０の他端は、スイッチング素子２５２およびスイッチング素子２５４の接続点２４５に電気的に接続される。ヒューズ２９０は、インダクタ２５０に流れる電流の大きさが予め定められた値を超えると、インダクタ２５０に流れる電流を制限する。ヒューズ２９０は、過電流遮断型ヒューズまたは温度ヒューズであってよい。

ヒューズ２９０がインダクタ２５０に直列に接続されることにより、例えば、スイッチング素子２５２、スイッチング素子２５４および制御信号発生回路２７２の少なくとも１つが故障して、スイッチング素子２５２およびスイッチング素子２５４の少なくとも１つが閉じたままになった場合であっても、蓄電セル２２２および蓄電セル２２４の少なくとも１つに過電流が流れることを防止することができる。

また、制御回路２７０がバランス補正回路２３２を停止させるべく、スイッチング素子２５２、スイッチング素子２５４をオフ動作させるときに、スイッチング素子２５２、スイッチング素子２５４および制御信号発生回路２７２の少なくとも１つが故障して、スイッチング素子２５２およびスイッチング素子２５４の少なくとも１つをオフ動作させることができなくなっていることも考えられる。このような場合であっても、本実施形態によれば、ヒューズ２９０がインダクタ２５０に直列に接続されているので、スイッチング素子２５２およびスイッチング素子２５４のいずれか一方であって、操作することができるスイッチング素子をオン動作させることで、バランス補正回路２３２を停止させることができる。これにより、蓄電セル２２２および蓄電セル２２４を過電圧から保護することができる。

本実施形態においては、蓄電セル２２２の電圧および蓄電セル２２４の電圧の少なくとも一方が予め定められた値に等しいときに、制御回路２７０が、スイッチング素子２５２とスイッチング素子２５４とが交互にオン・オフ動作を繰り返すように制御信号φ２２および制御信号φ２４を供給する場合について説明した。しかし、制御回路２７０は、蓄電セル２２２の電圧および蓄電セル２２４の電圧の少なくとも一方が予め定められた値に等しいときに、バランス補正回路２３２が停止するように制御信号φ２２および制御信号φ２４を供給してもよい。

本実施形態においては、制御回路２７０が、スイッチング素子２５２およびスイッチング素子２５４の両方がオフ動作するように制御信号φ２２および制御信号φ２４を供給することで、バランス補正回路２３２を停止させる場合について説明した。しかし、バランス補正回路２３２が停止するように制御信号φ２２および制御信号φ２４を供給する方法は、これに限定されない。

制御回路２７０は、スイッチング素子２５２およびスイッチング素子２５４のいずれか一方であって、操作することができるスイッチング素子に対して、当該スイッチング素子がオン動作するように、制御信号φ２２または制御信号φ２４を供給することで、バランス補正回路２３２を停止させてもよい。本実施形態において、スイッチング素子２５２およびスイッチング素子２５４の一方をオン動作させた場合には、第１の開閉回路および第２の開閉回路に過電流が流れてヒューズ２９０が溶断する。これにより、バランス補正回路２３２を停止させることができる。

本実施形態において、ヒューズ２９０がインダクタ２５０の他端と接続点２４５との間に配される場合について説明した。しかし、ヒューズ２９０の個数または設置場所はこれに限定されない。ヒューズ２９０は、接続点２４３とインダクタ２５０の一端との間のいずれかの位置に、インダクタ２５０と直列に接続されてもよい。これにより、単一のヒューズにより、蓄電セル２２２および蓄電セル２２４の両方を保護することができる。バランス補正回路２３２は、第１の開閉回路および第２の開閉回路のそれぞれに、１以上のヒューズを有してもよい。

本実施形態において、電流制限素子としてヒューズを用いる場合について説明した。しかし、電流制限素子はこれに限定されない。電流制限素子は、温度上昇により内部抵抗が増大するＰＴＣサーミスタであってもよい。電流制限素子は、電流遮断機（ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｕｒｒｅｎｔ ｂｒｅａｋｅｒ）であってもよい。

次に、図３を用いて、蓄電システム２１０の動作について説明する。図３は、蓄電システム２１０の正常時の動作を示す。図３は、制御信号φ２２および制御信号φ２４の波形の一例に対応づけて、グラフ３０２、グラフ３０４およびグラフ３０６を示す。グラフ３０２、グラフ３０４およびグラフ３０６において、横軸は時間の経過を示す。また、縦軸はインダクタ電流Ｉ_Ｌの大きさを示す。図３において、インダクタ電流Ｉ_Ｌの大きさは、接続点２４５から接続点２４３に向かって流れる電流（図２において実線の矢印で示す。）を正として表す。

グラフ３０２は、蓄電セル２２２の電圧Ｅ_２が蓄電セル２２４の電圧Ｅ_４よりも大きい場合のインダクタ電流Ｉ_Ｌの経時変化の一例を概略的に示す。グラフ３０４は、蓄電セル２２２の電圧Ｅ_２が蓄電セル２２４の電圧Ｅ_４よりも小さい場合のインダクタ電流Ｉ_Ｌの経時変化の一例を概略的に示す。グラフ３０６は、蓄電セル２２２の電圧Ｅ_２と蓄電セル２２４の電圧Ｅ_４とが略同一である場合のインダクタ電流Ｉ_Ｌの経時変化の一例を概略的に示す。

図３においては、説明を簡単にする目的で、制御信号φ２２および制御信号φ２４のそれぞれが、デューティ比が５０％の方形波である場合を示す。図３に示すように、制御信号φ２２および制御信号φ２４は、スイッチング素子２５２およびスイッチング素子２５４の一方がオン状態の間は他方がオフ状態になるように、互いに相補な論理または位相極性を有する。

図３に示すとおり、本実施形態において、スイッチング素子２５２は、制御信号φ２２がＨ論理の場合にオン動作し、制御信号φ２２がＬ論理の場合にオフ動作する。スイッチング素子２５４は、制御信号φ２４がＨ論理の場合にオン動作し、制御信号φ２４がＬ論理の場合にオフ動作する。

グラフ３０２に示すように、蓄電セル２２２の電圧Ｅ_２が蓄電セル２２４の電圧Ｅ_４よりも大きい場合には、スイッチング素子２５２がオン状態のときに、蓄電セル２２２の正極側−スイッチング素子２５２−接続点２４５−ヒューズ２９０−インダクタ２５０−接続点２４３−蓄電セル２２２の負極側の電流経路で電流が流れる。このとき、インダクタ２５０には、インダクタ電流Ｉ_Ｌが図２における実線矢印の方向に充電される。

次に、スイッチング素子２５２がオフ状態になり、スイッチング素子２５４がオン状態になると、インダクタ２５０に充電されたインダクタ電流Ｉ_Ｌがインダクタ２５０の一端−接続点２４３−蓄電セル２２４−スイッチング素子２５４−接続点２４５−ヒューズ２９０−インダクタ２５０の他端の電流経路で放電される。この放電は、蓄電セル２２４を充電しながら行われる。図３に示すように、インダクタ電流Ｉ_Ｌは放電により時間と共に減少し、放電電流が０になると、インダクタ２５０には、放電電流とは逆方向の充電電流が流れるようになる。

グラフ３０４に示すように、蓄電セル２２２の電圧Ｅ_２が蓄電セル２２４の電圧Ｅ_４よりも小さい場合には、スイッチング素子２５４がオン状態のときに、蓄電セル２２４の正極側−接続点２４３−インダクタ２５０−ヒューズ２９０−接続点２４５−スイッチング素子２５４−蓄電セル２２４の負極側の電流経路で電流が流れる。このとき、インダクタ２５０には、インダクタ電流Ｉ_Ｌが図２における点線矢印の方向に充電される。

次に、スイッチング素子２５４がオフ状態になり、スイッチング素子２５２がオン状態になると、インダクタ２５０に充電されたインダクタ電流Ｉ_Ｌがインダクタ２５０の他端−ヒューズ２９０−接続点２４５−スイッチング素子２５２−蓄電セル２２２−接続点２４３−インダクタ２５０の一端の電流経路で放電される。この放電は、蓄電セル２２２を充電しながら行われる。

グラフ３０６に示すように、蓄電セル２２２の電圧Ｅ_２と蓄電セル２２４の電圧Ｅ_４とが略同一である場合には、スイッチング素子２５２またはスイッチング素子２５４がオン状態の期間において、インダクタ電流Ｉ_Ｌの放電と充電とがほぼ等量ずつ実施される。その結果、電圧がほぼバランスした状態を維持することができる。

上記のように、バランス補正回路２３２が第１の開閉回路と、第２の開閉回路とに交互に電流を流すことで、蓄電セル２２２と蓄電セル２２４との間でインダクタ２５０を介して電気エネルギーを授受することができる。その結果、蓄電セル２２２および蓄電セル２２４の電圧を均等化させることができる。

ここで、制御信号発生回路２７２が故障して、制御信号φ２２および制御信号φ２４のデューティ比を正常に制御することができなくなった場合には、放電量および充電量を制御することが難しい。しかしながら、制御信号φ２２および制御信号φ２４のデューティ比を正常に制御することができなくなった場合であっても、蓄電セル２２２および蓄電セル２２４の少なくとも一方に過電圧が印加されることを防止することが望まれる。

本実施形態によれば、蓄電セル２２２の電圧および蓄電セル２２４の電圧の少なくとも一方が予め定められた値に等しいまたは予め定められた値よりも大きい場合には、例えば、スイッチング素子２５２およびスイッチング素子２５４の両方がオフ動作を実施するように、制御信号φ２２および制御信号φ２４を供給する。これにより、バランス補正回路２３２を停止させることができる。

また、スイッチング素子２５２およびスイッチング素子２５４の両方がオフ動作を実施するように、制御信号φ２２および制御信号φ２４を供給したにも関わらず、蓄電セル２２２の電圧および蓄電セル２２４の電圧の少なくとも一方が予め定められた値に等しいまたは予め定められた値よりも大きい場合には、スイッチング素子２５２およびスイッチング素子２５４のいずれか一方であって、操作することができるスイッチング素子に対して、当該スイッチング素子がオン動作を実施するように、制御信号φ２２または制御信号φ２４を供給する。これにより、何らかの原因により、スイッチング素子２５２およびスイッチング素子２５４の少なくとも一方をオフ動作させることができない場合であっても、バランス補正回路２３２を停止させることができる。

本実施形態においては、説明を簡単にする目的で、制御信号φ２２および制御信号φ２４のデューティ比が５０％である場合について説明した。しかし、制御信号φ２２および制御信号φ２４はこれに限定されない。制御信号φ２２および制御信号φ２４のデューティ比は、蓄電セル２２２および蓄電セル２２４の電圧差に応じて変更されてよい。

本実施形態においては、スイッチング素子２５２およびスイッチング素子２５４の一方のスイッチング素子がオン動作し、他方のスイッチング素子がオフ動作する第１の動作と、当該一方のスイッチング素子がオフ動作し、当該他方のスイッチング素子がオン動作する第２の動作とを含むスイッチング動作が予め定められた周期で繰り返されるように、制御回路２７０が制御信号φ２２および制御信号φ２４を供給することで、スイッチング素子２５２およびスイッチング素子２５４が交互にオン・オフ動作を繰り返す場合について説明した。

しかし、制御回路２７０の動作はこれに限定されない。上記の第１の動作と、上記の第２の動作と、スイッチング素子２５２およびスイッチング素子２５４の両方がオフ動作する第３の動作とを含むスイッチング動作が予め定められた周期で繰り返されるように、制御回路２７０が制御信号φ２２および制御信号φ２４を供給することで、スイッチング素子２５２およびスイッチング素子２５４が交互にオン・オフ動作を繰り返してもよい。

本実施形態においては、制御回路２７０が、蓄電セル２２２の電圧Ｅ_２と蓄電セル２２４の電圧Ｅ_４とが略同一である場合であっても、バランス補正回路２３２がバランス補正動作を継続するように制御信号φ２２および制御信号φ２４を供給する場合について説明した。しかし、制御回路２７０の動作はこれに限定されない。制御回路２７０は、蓄電セル２２２の電圧Ｅ_２と蓄電セル２２４の電圧Ｅ_４との電圧差が予め定められた値よりも小さくなった場合には、バランス補正回路２３２がバランス補正動作を停止するように制御信号φ２２および制御信号φ２４を供給してもよい。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

１００ 装置、１０２ モータ、１１０ 蓄電システム、１１２ 端子、１１４ 端子、１１６ 保護回路、１２０ 蓄電モジュール、１２２ 蓄電セル、１２４ 蓄電セル、１２６ 蓄電セル、１２８ 蓄電セル、１３２ バランス補正回路、１３４ バランス補正回路、１３６ バランス補正回路、１４３ 接続点、１４５ 接続点、１４７ 接続点、２１０ 蓄電システム、２１２ 端子、２１４ 端子、２１６ 保護回路、２２０ 蓄電モジュール、２２２ 蓄電セル、２２４ 蓄電セル、２３２ バランス補正回路、２４３ 接続点、２４５ 接続点、２５０ インダクタ、２５２ スイッチング素子、２５４ スイッチング素子、２６２ ダイオード、２６４ ダイオード、２７０ 制御回路、２７２ 制御信号発生回路、２７４ 停止信号発生回路、２７５ ＡＮＤ回路、２７６ ＡＮＤ回路、２８０ 過電圧検出回路、２８１ 基準電圧、２８２ オペアンプ、２８３ ダイオード、２８４ 基準電圧、２８５ オペアンプ、２８６ ダイオード、２８７ ＮＯＴ回路、２９０ ヒューズ、３０２ グラフ、３０４ グラフ、３０６ グラフ

Claims (6)

1. 直列に接続された第１の蓄電セルおよび第２の蓄電セルの電圧を均等化させるバランス補正装置であって、
   前記第１の蓄電セルの一端と前記第２の蓄電セルの一端との接続点に、一端が電気的に接続されるインダクタと、
   前記インダクタの他端と前記第１の蓄電セルの他端との間に電気的に接続される第１のスイッチング素子と、
   前記インダクタの他端と前記第２の蓄電セルの他端との間に電気的に接続される第２のスイッチング素子と、
   前記第１のスイッチング素子および前記第２のスイッチング素子のオン・オフ動作を制御する制御信号を、前記第１のスイッチング素子および前記第２のスイッチング素子に供給する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記第１の蓄電セルの電圧および前記第２の蓄電セルの電圧が予め定められた値よりも小さい場合に、前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子とが交互にオン・オフ動作を繰り返すように前記制御信号を供給し、
   前記第１の蓄電セルの電圧および前記第２の蓄電セルの電圧の少なくとも一方が、前記予め定められた値に等しいまたは前記予め定められた値より大きい場合に、前記バランス補正装置が停止するように前記制御信号を供給する、
   バランス補正装置。
2. 前記第１の蓄電セルの電圧および前記第２の蓄電セルの電圧の少なくとも一方が、前記予め定められた値に等しいまたは前記予め定められた値より大きいことを検出する過電圧検出部をさらに備え、
   制御部は、
   前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子とが交互にオン・オフ動作を繰り返すように、前記制御信号を発生させる制御信号発生部と、
   前記過電圧検出部が、前記第１の蓄電セルの電圧および前記第２の蓄電セルの電圧の少なくとも一方が前記予め定められた値に等しいまたは前記予め定められた値より大きいことを検出した場合に、前記バランス補正装置が停止するように、前記制御信号を発生させる停止信号発生部と、
   を有する、
   請求項１に記載のバランス補正装置。
3. 前記第１のスイッチング素子、前記過電圧検出部および前記制御信号発生部は、同一の基板上に形成され、
   前記第１のスイッチング素子と前記制御信号発生部との距離は、前記第１のスイッチング素子と前記過電圧検出部との距離よりも短い、
   請求項２に記載のバランス補正装置。
4. 前記制御部は、前記第１の蓄電セルの電圧および前記第２の蓄電セルの電圧の少なくとも一方が、前記予め定められた値に等しいまたは前記予め定められた値より大きい場合に、前記第１のスイッチング素子および前記第２のスイッチング素子の両方がオフ動作するように前記制御信号を供給する、
   請求項１から請求項３までの何れか一項に記載のバランス補正装置。
5. 前記インダクタに流れる電流の大きさが予め定められた値を超えると、前記インダクタに流れる電流を制限する電流制限素子をさらに備え、
   前記制御部は、前記第１の蓄電セルの電圧および前記第２の蓄電セルの電圧の少なくとも一方が、前記予め定められた値に等しいまたは前記予め定められた値よりも大きい場合に、前記第１のスイッチング素子および前記第２のスイッチング素子のいずれか一方であって、操作することができるスイッチング素子がオン動作するように前記制御信号を供給する、
   請求項１から請求項３までの何れか一項に記載のバランス補正装置。
6. 直列に接続された第１の蓄電セルおよび第２の蓄電セルと、
   前記第１の蓄電セルおよび前記第２の蓄電セルの電圧を均等化させる、請求項１から請求項５までの何れか一項に記載のバランス補正装置と、
   を備える、蓄電システム。

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